城市地下工程建設(shè)中的地質(zhì)問題淺析――以合肥市為例

1、城市地下工程建設(shè)中的地質(zhì)問題淺析以合肥市為例 摘要 : 隨著城市經(jīng)濟(jì)的增長和人口的迅速膨脹,城市用 地明顯短缺。從而開始在各大城市形成了一輪向地下爭取空 間的熱潮。在地下空間進(jìn)行工程開發(fā)的過程中會遇到一系列 的工程、 水文、 環(huán)境地質(zhì)問題 ,同時工程開發(fā)也對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì) 環(huán)境造成了一定的影響甚至破壞。于是本文僅以合肥市為例 對地下工程開發(fā)中可能遇到的地質(zhì)問題提出應(yīng)變對策,相應(yīng) 的也就地下工程開發(fā)對水文、環(huán)境地質(zhì)等造成的影響和破壞 提出預(yù)防措施。 關(guān)鍵詞 :城市地下空間 ;工程地質(zhì) ;對策 ;預(yù)防措施 1 前言 21 世紀(jì)隨著城市化進(jìn)程的不斷深化 ,現(xiàn)代城市特別是大 城市都不可避免的進(jìn)入一種人口膨

2、脹與土地資源短缺的矛 盾當(dāng)中。為了實現(xiàn)城市土地集約化發(fā)展以及滿足人們對現(xiàn)代 生活的需要 ,過去的幾十年人們普遍采用的是向城市的高空 尋求空間 ,與此同時 ,我們發(fā)現(xiàn)隨之也產(chǎn)生了各種各樣的問題 和矛盾 ,特別是交通問題和生態(tài)環(huán)境問題。 為了更好的實現(xiàn)對 土地及其他資源的可持續(xù)發(fā)展 ,人們開始逐漸向城市的地下 空間尋求更好的解決方法。 現(xiàn)在 ,地下空間資源正越來越多的被利用與地鐵、地下 街、地下車庫、 共同溝等各類的地下工程中 ,在工程建設(shè)的時 候我們常常會遇到一系列的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及環(huán)境地 質(zhì)問題需要處理 ,在處理不當(dāng)?shù)臅r候也會反過來引起周圍地 層的位移、 變形、沉降等環(huán)境工程地質(zhì)問題對環(huán)

3、境造成破壞。 因此 ,我們應(yīng)該妥善處理城市地下工程中所遇的問題。 2 地質(zhì)環(huán)境對城市地下工程建設(shè)的主要影響及一般應(yīng) 對方法 2.1 城市地下工程開發(fā)利用現(xiàn)狀 1863 年英國倫敦建成世界上第 1條地鐵至如今形成了大 型快速交通系統(tǒng) ;普通地下室到向下延伸的大型地下商場;從 單一地下管網(wǎng)到大型供水供能等多種管網(wǎng)的共同溝,國外地 下工程建設(shè)到今天已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)有規(guī)模。而國內(nèi)在擺脫了 “以人防地下工程建設(shè)為主體”的發(fā)展過程之后,現(xiàn)在北京、 上海、深圳、廣州、武漢、重慶、天津等約20 余個大中城 市相續(xù)開始或完成了以城市地鐵、商業(yè)街為主體的地下空間 開發(fā)規(guī)劃 ,并且已經(jīng)擁有大型的地下設(shè)施。 中國城市正

4、剛開始 對城市地下空間進(jìn)行綜合、系統(tǒng)的開發(fā)。 以合肥市為例 ,合肥市軌道交通 1 號線一期工程從合肥 站至徽州大道站 ,線路長約 24.65 公里 ,全部為地下線。 試驗段 工程為四站四區(qū)間土建工程。 車站設(shè)計為地下負(fù)一層側(cè)式站 區(qū)間覆土滿足主要市政管線通過要求 ,車站及區(qū)間均采用明 挖法施工。軌道交通 1 號線試驗段已于 2009 年 8月 7日正 式開工 ,雖然此次試驗段僅完成土建部分暫不進(jìn)行運(yùn)營 ,但這 標(biāo)志著合肥市的地下工程建設(shè)正進(jìn)入了淺層地下空間開發(fā) 建設(shè)的歷史階段 ,已逐步走上了城市空間向三維拓展的軌道。 2.2 合肥市地下工程開發(fā)的主要問題及一般對策 城市地下空間是以巖土體為介質(zhì)

5、和環(huán)境的 ,因此 ,城市巖 土工程條件直接控制地下空間開發(fā)的難易程度 ,對地下工程 的安全和經(jīng)濟(jì)起決定性作用 1 。城市地下工程中遇到的巖土 工程問題 ,因地質(zhì)構(gòu)造、巖土體性質(zhì)、工程規(guī)模和使用要求、 施工方法、 施工階段而異 ,但核心問題仍是巖土體強(qiáng)度、 變形、 水力特征以及巖土體與地下結(jié)構(gòu)相互作用下的穩(wěn)定性問題。 合肥市地處江淮丘陵中部 ,地貌景觀為微波起伏 ,崗沖相 間。地形總趨勢由西北向東南傾斜 ,區(qū)內(nèi)地形標(biāo)高一般為 1050 m 。區(qū)內(nèi)地表大都為第四系覆蓋 ,其中以上更新統(tǒng)粘土 分布最廣。第四系沉積物主要成因類型為洪積、沖積類型 , 西部大蜀山山麓為殘坡積層。第四系沉積物厚度、分布明顯

6、 地受地貌、基底構(gòu)造控制。西北、西部及西南為抬升區(qū),第四 系厚度一般為1020 m,東部及東南部為下降區(qū)，厚度為2540 m,最厚達(dá)60 m2。南淝河河漫灘與一級階地為全新統(tǒng)粘土、 粉質(zhì)粘土、 粉土及粉細(xì)砂層 ,二級階地上廣泛出露上更新統(tǒng)粘 土,中、 下更新統(tǒng)粉土夾砂層位于全新統(tǒng)與上更新統(tǒng)之下。基 底由第三系 侏羅系泥巖、砂巖組成 (圖 1 和圖 2)。 總體來看 ,合肥市地質(zhì)可分為以下四個分區(qū):(1)良好場 地。主要分布在河流二級階地，面積近700 km2,占全區(qū)總面積 的 2/3;(2) 較好場地。 主要分布在一級階地以及西部大蜀山區(qū) , 面積為 130 km2, 占全區(qū)面積的 14%;(

7、3) 中等場地。主要分布 在階地坳溝區(qū)、 素填土堆積區(qū) ;(4)較差場地。 主要分布在河漫 灘及掩埋古河道區(qū)。 2.2 合肥市地下工程開發(fā)問題的一般對策 對于良好場地大都為膨脹土地基 ,多呈軟塑 -流動狀態(tài) ,地 基承載力低 ; 易產(chǎn)生滑動、 沉降等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。對于輕 型建 (構(gòu))筑物應(yīng)注意膨脹土的影響 ,一級建筑物在選擇持力 層、基礎(chǔ)形式時 ,應(yīng)根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、地下水等因素進(jìn)行技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)的合理性分析 ,以減少施工難度 ,縮短工期 , 降低造價。中 等場地區(qū)要查清素填土、 新近沉積土的厚度、 均勻性 ,根據(jù)建 筑物的特點和要求 ,選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)形式。較差的場 地區(qū) ,三級建筑物可

8、充分利用上部硬殼層, 重要工程可采用樁 基或地基處理方法。 本區(qū)粉土夾粉細(xì)砂層 ,根據(jù)其密實度、 埋 藏條件、 粘粒含量及原位測試指標(biāo)等綜合判定2, 3 在地震烈 度為 7時不發(fā)生液化。較差場地區(qū)深基礎(chǔ)施工時要注意降 水和支護(hù)以及由于降水造成地表的變形和相鄰建筑物的破 壞。 除此之外 ,地下工程往往位處市區(qū)繁華地段,由于種種原 因,在施工過程中 ,對周圍地面建筑物、地下管線和市政設(shè)施 等都可能造成不同程度的危害,甚至危及人民的生命財產(chǎn)安 全。所以合肥市在其他形式的地下空間開發(fā)時應(yīng)該吸取其他 地區(qū)的成功經(jīng)驗 ,在規(guī)劃設(shè)計時進(jìn)行綜合考慮 ,例如處在活動 斷裂破碎帶中地鐵隧道的穩(wěn)定性和安全性、軟土地

9、基樁基的 穩(wěn)定性和承載力、非均質(zhì)巖體邊坡評價與整治、深厚軟土路 基的沉降控制與處理等。另外 ,在“ 5.12”特大地質(zhì)災(zāi)害的警 示下 ,地下工程建設(shè)也應(yīng)要充分考慮可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害并 以此為基礎(chǔ)考慮城市地下空間的發(fā)展和改造。對合肥市而言 屬地震烈度叫度區(qū)，尤以合肥市區(qū)、肥東梁園、橋頭集等地為 地震危險區(qū)。 區(qū)內(nèi)工程應(yīng)充分考慮防震措施,建筑工程應(yīng)按地 震烈度忸度設(shè)防。 3 城市地下工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響及主要預(yù)防措施 城市地下工程建設(shè)往往與工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地 質(zhì)息息相關(guān) ,在對地下空間開發(fā)時如果不能合理的處理這幾 者的關(guān)系時 ,往往就對周邊的環(huán)境造成極大的影響。 1) 對工程地質(zhì)環(huán)境的

10、影響。 地下工程在施工中或竣工后 ,出現(xiàn)地面變形問題是最常 見的環(huán)境工程地質(zhì)問題 ,如天津地鐵西門試驗段施工中,在箱 體頂進(jìn)過程中 ,因降水 ,頂進(jìn)時超挖及土體擾動 ,使箱體的整個 高程下沉7cm,滑板的端部下沉5cm。上海黃浦江交通隧 道,1965年動工，,1976年建成，全長2760. 72m,盾構(gòu)敞胸或部分 開挖施工時 ,在降水疏干開挖面產(chǎn)生全面滑動,引起較大沉 陷。因此 ,地下工程建設(shè)會擾動土層 ,產(chǎn)生軟土層蠕動 ,飽水砂 性土的管涌、地面變形等環(huán)境工程地質(zhì)問題。 2) 對水文地質(zhì)環(huán)境的影響。 城市地下工程對水文地質(zhì)的影響主要是造成地下水環(huán) 境的變異。例如地下工程施工中 ,為保證開挖面

11、的穩(wěn)定 ,往往 需要人工降水 ,如在地下水較淺地區(qū)進(jìn)行深基坑開挖 ,用盾構(gòu) 法在飽和土體中施工隧道 ,都需要進(jìn)行大面積的人工降水。 大 面積的人工降水 ,將導(dǎo)致地下水“漏斗式”下降。以合肥市為 例,開采地下水的主要地段為合肥市東部工業(yè)區(qū)和南郊原淝 河汽車制造廠一帶 ,目前由于超量開采形成的地下水下降漏 斗已降至含水層頂板以下。 另外 ,地下工程施工中為提高土體 的防滲性能和增強(qiáng)土體的強(qiáng)度所進(jìn)行的化學(xué)注漿,可能引起 地下水的化學(xué)污染 ;施工中產(chǎn)生的廢水 (洞內(nèi)漏水、洗刷水、 排水 )、廢漿以及施工機(jī)械漏油等 ,將影響地下水水質(zhì)。地下 工程運(yùn)營中對地下水環(huán)境的影響是大范圍的 ,時間上具有 “滯 后

12、性” ,對地下水環(huán)境有潛在的影響。 4 3) 預(yù)防措施 地下工程對地質(zhì)環(huán)境的破壞可以采取的預(yù)防措施包括 : 對城市地下巖土體立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū) ,指出各類結(jié)構(gòu)的地域 分布 ,以服務(wù)于城市地下空間規(guī)劃與建設(shè) ;開展詳盡的工程地 質(zhì)勘察。掌握其地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、地應(yīng)力方 向等工程地質(zhì)環(huán)境要素以此為基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計;實行科學(xué) 的降水設(shè)計。 合理地選擇降水方法 ,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人工降水 的方案設(shè)計 ,以及進(jìn)行降水方案的水位預(yù)測,通過預(yù)測進(jìn)行降 水方案的優(yōu)化 ,從而達(dá)到最佳的降水方案 ; 推行考慮時空效應(yīng) 的工程技術(shù) ;做好現(xiàn)場監(jiān)測 ,開展信息化施工技術(shù) ;積極采用新 技術(shù)、新方法 ;積極推行地下工程建設(shè)系統(tǒng)管理與防御技術(shù) 4。 參考文獻(xiàn) 1 中國工程院課題組 .中國城市地下空間開發(fā)利用研究 M. 北京 :中國建筑工業(yè)出版社 ,2001 2 郭恒久 .合肥地區(qū)超壓密粉土 砂層的性狀與地基評 價.安徽地質(zhì) , 1998